第四章道路勘測(cè)設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)4-1、4-2、4-3

1、第四章道路勘測(cè)設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)4-1、4-2、4-3第一頁(yè)，共43頁(yè)。定義：沿著道路中線豎向剖面的展開(kāi)圖即為路線縱斷面?？v斷面設(shè)計(jì)：在路線縱斷面圖上研究路線線位高度及坡度變化情況的過(guò)程。任務(wù)：研究縱斷面線形的幾何構(gòu)成及其大小與長(zhǎng)度。依據(jù)：汽車的動(dòng)力特性、道路等級(jí)、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件以及工程經(jīng)濟(jì)性等。第一節(jié) 概 述第二頁(yè)，共43頁(yè)。地面線：它是根據(jù)中線上各樁點(diǎn)的高程而點(diǎn)繪的一條不規(guī)則的折線設(shè)計(jì)線：路線上各點(diǎn)路基設(shè)計(jì)高程的連續(xù)。路線縱斷面圖構(gòu)成：第三頁(yè)，共43頁(yè)。地面高程：中線上地面點(diǎn)高程。設(shè)計(jì)高程：一般公路，路基未設(shè)加寬超高前的路肩邊緣的高程。 設(shè)分隔帶公路，一般為分隔帶外邊緣。路基高度：橫斷面上

2、設(shè)計(jì)高程與地面高程之高差。路 堤：設(shè)計(jì)高程大于地面高程。路 塹：設(shè)計(jì)高程小于地面高程。縱斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容：坡度及坡長(zhǎng) 豎曲線 第四頁(yè)，共43頁(yè)。路線縱斷面圖上的設(shè)計(jì)標(biāo)高，即路基設(shè)計(jì)標(biāo)高，規(guī)范規(guī)定如下: 1新建公路的路基設(shè)計(jì)標(biāo)高高速公路和一級(jí)公路采用中央分隔帶的外側(cè)邊緣標(biāo)高；二、三、四級(jí)公路采用路基邊緣標(biāo)高，在設(shè)置超高、加寬地段為設(shè)超高、加寬前該處邊緣標(biāo)高。2改建公路的路基設(shè)計(jì)標(biāo)高一般按新建公路的規(guī)定辦理，也可視具體情況而采用行車道中線處的標(biāo)高。對(duì)于城市道路，設(shè)計(jì)標(biāo)高指建成后的行車道中線路面標(biāo)高或中央分隔帶中線標(biāo)高。第五頁(yè)，共43頁(yè)。第二節(jié) 縱坡設(shè)計(jì)一、縱坡設(shè)計(jì)的一般要求 1縱坡設(shè)計(jì)必須滿足標(biāo)準(zhǔn)的各

3、項(xiàng)規(guī)定。 2為保證車輛能以一定速度安全順適地行駛，縱坡應(yīng)具有一定的平順性，起伏不宜過(guò)大和過(guò)于頻繁。盡量避免采用極限縱坡值。合理安排緩和坡段，不宜連續(xù)采用極限長(zhǎng)度的陡坡夾最短長(zhǎng)度的緩坡。連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免設(shè)置反坡段。越嶺線啞口附近的縱坡應(yīng)盡量緩一些。 3縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)沿線地面、地下管線、地質(zhì)、水文、氣候和排水等綜合考慮，視具體情況加以處理，以保證道路的穩(wěn)定與通暢 第六頁(yè)，共43頁(yè)。 4一般情況下山嶺重丘區(qū)縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)考慮填挖平衡，盡量使挖方運(yùn)作就近路段填方，以減少借方和廢方，降低造價(jià)和節(jié)省用地。即縱向填挖平衡設(shè)計(jì)。 5平原微丘區(qū)地下水埋深較淺，或池塘、湖泊分布較廣，縱坡除應(yīng)滿足最小縱坡要求外

4、，還應(yīng)滿足最小填土高度要求，保證路基穩(wěn)定。即包線設(shè)計(jì)。 6對(duì)連接段縱坡，如大、中橋引道及隧道兩端接線等，縱坡應(yīng)和緩、避免產(chǎn)生突變。交叉處前后的縱坡應(yīng)平緩一些， 7在實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。第七頁(yè)，共43頁(yè)。二、最大縱坡最大縱坡：是指在縱坡設(shè)計(jì)時(shí)各級(jí)道路允許使用的最大坡度值。制定依據(jù)：車輛的類型：汽車的動(dòng)力特性，汽車在規(guī)定速度下的爬坡能力。設(shè)計(jì)速度：等級(jí)高，行駛速度大，要求坡度阻力盡量小。自然條件：海拔高程、氣候（積雪寒冷等）。 縱坡度大小的優(yōu)劣： 坡度大：行車?yán)щy：上坡速度低，下坡較危險(xiǎn)。 山區(qū)公路可縮短里程，降低造價(jià)。第八頁(yè)，共43頁(yè)。特殊情況：1. 設(shè)計(jì)速度為1

5、20kmh、l00kmh、80kmh的高速公路受地形條件或其他特殊情況限制時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡值可增加1。2. 公路改建中，設(shè)計(jì)速度為40kmh、30kmh、20kmh的利用原有公路的路段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡值可增加1。各級(jí)公路最大縱坡的規(guī)定：設(shè)計(jì)速度（km/h）1201008060403020最大縱坡（%）3456789第九頁(yè)，共43頁(yè)。城市道路最大縱坡的規(guī)定（表4-7）第十頁(yè)，共43頁(yè)。1高原為什么縱坡要折減？在高海拔地區(qū)，困空氣密度下降而使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、汽車的驅(qū)動(dòng)力以及空氣阻力降低，導(dǎo)致汽車的爬坡能力下降。另外，汽車水箱中的水易于沸騰而破壞冷卻系統(tǒng)。2.規(guī)范規(guī)定：位于海

6、拔3000m以上的高原地區(qū)，各級(jí)公路的最大縱坡值應(yīng)按表的規(guī)定予以折減。折減后若小于4%，則仍采用4%。三、高原縱坡折減海拔高度(m)30004000400050005000折減值(%)123第十一頁(yè)，共43頁(yè)。最小縱坡：各級(jí)公路在特殊情況下容許使用的最小坡度值。最小縱坡值：0.3%，一般情況下0.5%為宜。適用條件：橫向排水不暢路段：長(zhǎng)路塹、橋梁、隧道、設(shè)超高的平曲線、路肩設(shè)截水墻等。當(dāng)必須設(shè)計(jì)平坡（0%）或小于0.3%的縱坡時(shí)，邊溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計(jì)。在彎道超高橫坡漸變段上，為使行車道外側(cè)邊緣不出現(xiàn)反坡，設(shè)計(jì)最小縱坡不宜小于超高允許漸變率。干旱少雨地區(qū)最小縱坡可不受上述限制。四、最小縱坡第十二

7、頁(yè)，共43頁(yè)。內(nèi)容：最短坡長(zhǎng)限制：任何路段 最大坡長(zhǎng)：陡坡路段 1最短坡長(zhǎng)限制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各級(jí)公路最短坡長(zhǎng)不應(yīng)小于2.5Vm。 城市道路最小坡長(zhǎng)按表選用。 五、坡長(zhǎng)限制第十三頁(yè)，共43頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級(jí)公路最大坡長(zhǎng)限制。 2最大坡長(zhǎng)限制第十四頁(yè)，共43頁(yè)。 城市道路最大坡長(zhǎng)按表選用。 2最大坡長(zhǎng)限制第十五頁(yè)，共43頁(yè)。六、緩和坡段標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，連續(xù)上坡(或下坡)時(shí)，應(yīng)在不大于表（最大坡長(zhǎng)）所規(guī)定的縱坡長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置緩和坡段。緩和坡段的縱坡應(yīng)不大于3，其長(zhǎng)度應(yīng)符合縱坡長(zhǎng)度的規(guī)定。緩和坡段： 縱坡值：不應(yīng)大于3% 長(zhǎng) 度： 不小于最小坡長(zhǎng)要求 線 形： 宜采用直線。在地形困難路段可采用曲線；注：曲線半徑較

8、小時(shí)，緩和坡段長(zhǎng)度應(yīng)增加。 回頭曲線段不能作為緩和坡段。第十六頁(yè)，共43頁(yè)。七、平均縱坡平均縱坡是指一定長(zhǎng)度的路段縱向所克服的高差H與路線長(zhǎng)度L之比（連續(xù)升坡或降坡路段）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：越嶺路線連續(xù)上坡(或下坡)路段，相對(duì)高差為200500m時(shí)，平均縱坡不應(yīng)大于5.5；相對(duì)高差大于500m時(shí)，平均縱坡不應(yīng)大于5。任意連續(xù)3km路段平均縱坡不應(yīng)大于5.5。城市道路的平均縱坡按上述規(guī)定減少1.0%。對(duì)于海拔3000m以上的高原地區(qū)，平均縱坡應(yīng)較規(guī)定值減少0.5%1.0%。第十七頁(yè)，共43頁(yè)。1.定義：合成坡度是指由路線縱坡與彎道超高橫坡或路拱橫坡組合而成的坡度，其方向即流水線方向。合成坡度的計(jì)算公式為

9、：八、合成坡度式中：I合成坡度（%）； ih超高橫坡度或路拱橫坡度（%）； iz路線設(shè)計(jì)縱坡坡度（%）。第十八頁(yè)，共43頁(yè)。 （1）最大允許合成坡度值： 2合成坡度指標(biāo) （2）最小合成坡度：最小合成坡度不宜小于0.5%。當(dāng)合成坡度小于0.5%時(shí)，應(yīng)采取綜合排水措施，以保證路面排水暢通。第十九頁(yè)，共43頁(yè)。當(dāng)陡坡與小半徑平曲線重合時(shí)，在條件許可的情況下，以采用較小的合成坡度為宜。特別是下述情況，其合成坡度必須小于8%。 在冬季路面有積雪結(jié)冰的地區(qū)； 自然橫坡較陡峻的傍山路段； 非汽車交通比率高的路段。例如：某二級(jí)公路，有一平曲線半徑為250m，超高橫坡為8%，該路段縱坡度為4.8%，則合成坡度為

10、3. 合成坡度指標(biāo)的控制作用 ： 控制陡坡與急彎的重合； 平坡與設(shè)超高平曲線的配合問(wèn)題。 第二十頁(yè)，共43頁(yè)。第三節(jié) 豎曲線 1定義： 縱斷面上兩個(gè)坡段的轉(zhuǎn)折處，為了便于行車用一段曲線來(lái)緩和，稱為豎曲線。變坡點(diǎn)：相鄰兩條坡度線的交點(diǎn)。變坡角：相鄰兩條坡度線的坡角差，通常用坡度值之差代替，用表示，即 =2-1tg2- tg1=i2-i112i1i2i3凹型豎曲線 0凸型豎曲線 s時(shí)的結(jié)果作為控制方程。L s 時(shí)：式中： 凹曲線的坡度角第二十六頁(yè)，共43頁(yè)。規(guī)范規(guī)定的豎曲線最小半徑和長(zhǎng)度：第二十七頁(yè)，共43頁(yè)。二、凸曲線的極小半徑1離心力，同凹曲線：2視距要求：綜合分析可以得到： 第二個(gè)式子的結(jié)果

11、要比第一個(gè)式子的值大，所以Ls時(shí)的結(jié)果作為控制方程。L s 時(shí)：式中： 凸曲線的坡度角第二十八頁(yè)，共43頁(yè)。規(guī)范規(guī)定的豎曲線最小半徑和長(zhǎng)度：第二十九頁(yè)，共43頁(yè)。三、豎曲線的一般最小半徑通常選?。簶O限最小半徑的1.5 - 2.0倍。四、豎曲線的最小長(zhǎng)度同平曲線一樣，太短的豎曲線容易使司機(jī)產(chǎn)生急促的變坡感覺(jué)。規(guī)范規(guī)定：按汽車3s的行程來(lái)控制豎曲線的最小長(zhǎng)度。第三十頁(yè)，共43頁(yè)。五 豎曲線諸要素計(jì)算公式（1）豎曲線長(zhǎng)度L或豎曲線半徑R： （2）豎曲線切線長(zhǎng)T： 因?yàn)門 = T1 = T2，則 LT1T2RT2E第三十一頁(yè)，共43頁(yè)。 上半支曲線x = T1時(shí)：故 T1 = T2 = T 由于外距是

12、邊坡點(diǎn)處的豎距，則E1 = E2 = E，下半支曲線x = T2時(shí)：（3）豎曲線外距E：第三十二頁(yè)，共43頁(yè)。（4）豎曲線上任一點(diǎn)豎距h： 式中：x豎曲線上任意點(diǎn)與豎曲線始點(diǎn)或終點(diǎn)的水平距離 y豎曲線上任意點(diǎn)到切線的縱距，即豎曲線上任意點(diǎn)與坡線的高差。第三十三頁(yè)，共43頁(yè)。六 樁設(shè)計(jì)高程計(jì)算 變坡點(diǎn)樁號(hào)BPD變坡點(diǎn)設(shè)計(jì)高程H豎曲線半徑R1縱斷面設(shè)計(jì)成果：HR第三十四頁(yè)，共43頁(yè)。2豎曲線要素的計(jì)算公式： 變坡角: = i2- i1 曲線長(zhǎng)：L=R 切線長(zhǎng)：T=L/2= R/2 外 距： x 豎曲線起點(diǎn)樁號(hào): QD=BPD - T 豎曲線終點(diǎn)樁號(hào): ZD=BPD + Tyx縱 距：第三十五頁(yè)，共

13、43頁(yè)。3. 逐樁設(shè)計(jì)高程計(jì)算 切線高程：HTHSyHnBPDnBPDn-1Hn-1inin-1in+1Lcz1Lcz-BPDn-1Lcz2HT第三十六頁(yè)，共43頁(yè)。 直坡段上，y=0。 x豎曲線上任一點(diǎn)離開(kāi)起（終）點(diǎn)距離； 其中： y豎曲線上任一點(diǎn)豎距；設(shè)計(jì)高程： HS = HT y （凸豎曲線取“-”，凹豎曲線取“+”） 以變坡點(diǎn)為分界計(jì)算： 上半支曲線 x = Lcz - QD 下半支曲線 x = ZD - Lcz以豎曲線終點(diǎn)為分界計(jì)算： 全部曲線 x = Lcz - QD切線高程：第三十七頁(yè)，共43頁(yè)。例：某山嶺區(qū)一般二級(jí)公路，變坡點(diǎn)樁號(hào)為k5+030.00，高程H1=427.68m，

14、i1=+5%，i2=-4%，豎曲線半徑R=2000m。試計(jì)算豎曲線諸要素以及樁號(hào)為k5+000.00和k5+100.00處的設(shè)計(jì)高程。解：1計(jì)算豎曲線要素 =i2- i1= - 0.04-0.05= - 0.090，為凸形。曲線長(zhǎng) L = R=20000.09=180m 切線長(zhǎng) 外 距 豎曲線起點(diǎn)QD（K5+030.00）- 90 = K4+940.00 豎曲線終點(diǎn)ZD（K5+030.00）+ 90 = K5+120.00第三十八頁(yè)，共43頁(yè)。2計(jì)算設(shè)計(jì)高程 K5+000.00：位于上半支橫距 x1= Lcz QD = 5000.00 4940.0060m豎距 切線高程 HT = H1 + i

15、1（ Lcz - BPD） = 427.68 + 0.05(5000.00 - 5030.00) = 426.18m 設(shè)計(jì)高程 HS = HT - y1 = 426.18 - 0.90=425.18m （凸豎曲線應(yīng)減去改正值） 第三十九頁(yè)，共43頁(yè)。K5+100.00：位于下半支按豎曲線終點(diǎn)分界計(jì)算： 橫距x2= Lcz QD = 5100.00 4940.00160m 豎距 切線高程 HT = H1 + i1（ Lcz - BPD） = 427.68 + 0.05(5100.00 - 5030.00) = 431.18m 設(shè)計(jì)高程 HS = HT y2 = 431.18 6.40 = 424.78m 第四十頁(yè)，共43頁(yè)。K5+100.00：位于下半支按變坡點(diǎn)分界計(jì)算： 橫距 x2= ZD Lcz = 5120.00 5100.00 20m 豎距 切線高程 HT = H1 + i2（ Lcz - BPD） = 427.68